等离子弧喷涂设备的优化与应用

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：等离子弧喷涂工艺对电源的要求与等离子弧焊接相类似。等离子弧喷涂电源的逆变化是其主流发展方向。等离子弧喷涂枪集所有喷涂资源于一体，是等离子弧喷涂设备的核心装置。目前，国内外普遍使用的还是中等功率，送粉方式为枪外送粉，控制方式较单一的等离子弧喷涂设备。表1-7-5为国外部分比较典型的等离子弧喷涂枪。送粉器是为等离子弧喷涂枪提供粉末的输送装置，主要的性能指标有装粉容量、送粉速率、送粉精度、可送粉末的粒度等。

等离子弧喷涂设备主要由等离子弧喷涂电源、等离子弧喷涂枪、控制柜、送粉器、供气系统以及冷却装置等构成，如图1-7-11所示。目前，等离子弧喷涂设备正朝着电源的大功率小型化、喷枪的高效大功率和等离子弧喷涂过程的智能化控制方向发展。国外生产等离子弧喷涂设备的公司主要有瑞士的Sulzer Metco公司、美国的PRAXAIR公司、德国的GTV公司等，国内则以北京航空制造工程研究所为代表。

图1-7-11 等离子弧喷涂设备示意图

1—等离子弧喷涂枪 2—送粉器 3—喷涂电源及控制柜 4—气瓶 5—水冷机组 6—工件夹持及驱动系统 7—工件

等离子弧喷涂电源为整个喷涂过程提供能量，其工作电流和电压是影响涂层质量的重要参数。等离子弧喷涂工艺对电源的要求与等离子弧焊接相类似。为确保获得优良的涂层性能，等离子弧喷涂电源首先要能够提供足够的能量，工作电压高、电流大；其次，应该具有陡降的恒流外特性，这可通过加电流反馈控制来实现；此外还需要具有良好的动特性。等离子弧喷涂电源的逆变化是其主流发展方向。

等离子弧喷涂枪集所有喷涂资源（电、气、粉、水）于一体，是等离子弧喷涂设备的核心装置。目前，国内外普遍使用的还是中等功率，送粉方式为枪外送粉，控制方式较单一的等离子弧喷涂设备。图1-7-12所示为一种外送粉方式的等离子弧喷涂枪结构简图。它主要由枪体阴极组件、枪体阳极（喷嘴）组件和绝缘体构成，此外还包括送粉管件、供气管件、水管、电缆及其接口件等。喷枪设计的好坏，直接影响涂层的质量。等离子弧喷涂枪按功率大小可以分为：内孔型枪体，功率一般在40kW以下；标准型枪体，功率一般在40～80kW；高能型枪体，功率在80～200kW；超级、水稳型枪体，功率在200kW以上，国外研制了一种气体隧道型高功率等离子弧喷涂枪，功率可达到450kW以上。表1-7-5为国外部分比较典型的等离子弧喷涂枪。

图1-7-12 等离子弧喷涂枪结构简图

表1-7-5 国外部分比较典型的等离子弧喷涂枪

控制柜是整个喷涂系统的调控中心，它要稳定可靠地运行和监控并显示喷涂程序，并准确地调节电、气、粉以及运动机构的各个参数。传统控制柜一般采用继电器控制方式，目前较多采用PLC控制或者微处理器控制。等离子弧喷涂过程是一个极其复杂、非线性的过程，将数字化与智能控制技术相结合，实现对等离子弧喷涂过程的实时监控是等离子弧喷涂设备未来的发展方向。

送粉器是为等离子弧喷涂枪提供粉末的输送装置，主要的性能指标有装粉容量、送粉速率、送粉精度、可送粉末的粒度等。一般采用单筒式送粉器，也可以采用双筒式送粉器同时输送两种粉末，用于喷涂复合涂层或者制造功能梯度材料。

冷却装置主要为喷涂枪提供充足的冷却介质，以保证喷涂枪能够稳定工作，可以采用配有循环泵的水箱作为冷却装置，也可以选用配有制冷装置的专用冷却系统。

供气系统主要由气源、减压表、气体流量计和可控气阀组成。等离子气一般要有两路，分为主工作气体和辅助气体，两路气体的混合应在计量之后、进入喷涂枪之前完成。送粉器也需要供气系统提供气体来输送粉末。

此外，为可靠引燃等离子弧，一般采用高频引弧装置进行引弧。

等离子弧喷涂设备的优化与应用

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